Propuesta de un Modelo para el Diseño
de Sistemas Instruccionales Inteligentes
Ricardo Rosas

Katherine Strasser

Escuela de Psicología

Miguel Nussbaum

Felipe Csaszar

Escuela de Ingeniería

P. Universidad Católica de Chile

Casilla 306, Santiago 22, Chile

FAX 56 2 5533092, email: rrosas@ lascar.puc.cl

1. Introducción

El presente trabajo tiene por objetivo presentar un modelo de software instruccional basado en el concepto de Sistema Instruccional Inteligente (ITS, Intelligent Tutoring System) (Wenger, 1987, citado en Gerber, Semmel y Semmel, 1994). Se define ITS como un software educativo basado en un sistema experto que encapsula el conocimiento del educador experto. Tales sistemas tienen la capacidad de evaluar a los alumnos y tomar decisiones instruccionales según las características del educando particular, lo cual permite asegurarse de que el programa instruccional se adapte en cada momento a las necesidades de los alumnos. Los ITS están adquiriendo cada vez mayor relevancia en el tema de evaluación y planificación del programa instruccional. Ejemplo de esto último es la reciente publicación, en Exceptional Children (1994,Vol.61. No2), de un número dedicado al tema de la evaluación asistida por computador y cómo ésta puede mejorar las prácticas instruccionales, con especial énfasis en los ITS. Los ITS han sido usados fundamentalmente de dos maneras: a) para crear programas instruccionales que se adapten al desempeño del alumno y b) para crear sistemas de consultoría experta que evalúan al niño y sugieren un diagnóstico y un "tratamiento").

El modelo aquí propuesto introduce dos modificaciones a los modelos tradicionales de ITS. La primera consiste en que el sistema entrega una proyección dinámica del proceso aprendizaje. Esto es, se intenta integrar la evaluación e instrucción del educando con la asesoría al profesor, a través de consejos instruccionales sobre modificaciones al sistema. Se trata aquí de actuar no solamente en la Zona de Desarrollo Próximo (ZDP) del estudiante (Vygotsky, 1979), al adaptarse constantemente a su potencial de aprendizaje actual, sino también en la ZDP del educador, al transmitir a éste conocimiento experto relativo a las técnicas de enseñanza más adecuadas a cada niño, aumentando su potencial como educador. A este respecto, es importante destacar lo que señalan Marston, Deno, Kim, Diment y Rogers (1995) acerca del costo de entrenar a los profesores en nuevas metodologías instruccionales. Estos autores ponen énfasis en la importancia de que un educador domine una metodología de instrucción nueva para que ésta tenga algún efecto, y destacan la gran cantidad de tiempo y dinero que es necesario invertir en capacitar a los educadores. En este sentido, un sistema que instruye al profesor durante la misma aplicación, y que por lo tanto no requiere de este último un conocimiento exhaustivo previo de la metodología, es conveniente por dos razones: a) no requiere invertir en capacitación de los profesores y b) su aplicación produce un incremento en el nivel del educador, ya que no sólo se le enseña cómo usar el sistema, sino que se le entregan heurísticas y estrategias de naturaleza general, que puede usar en otros contextos.

Una segunda modificación consiste en que el sistema arroja una proyección estática del proceso de enseñanza-aprendizaje, la cual permite obtener, información de proceso, lo cual permite evaluar los resultados del software, a la vez que constituye una herramienta de investigación acerca de las estrategias que resultan más efectivas.

En el punto 2 se describe el modelo propuesto. En el punto 3 se ilustra una implementación del modelo propuesto, aplicado a un área específica de la educación. Se finaliza con conclusiones.

2. Modelo de ITS expandido

Típicamente, los ITS se basan en tres modelos que interactúan dinámicamente: el modelo del dominio, el modelo del alumno y el modelo pedagógico, los que interactúan en forma dinámica (Wenger, 1987). A continuación los describiremos en forma sucinta.

El modelo presentado en este trabajo introduce dos nuevos elementos: la proyección dinámica y la proyección estática del aprendizaje. En base a los elementos antes citados, se configura un software que cumple con los siguientes requisitos: En el modelo antes definido es posible identificar tres usuarios. 3. Implementación del modelo

Se desarrolló un Sistema Instruccional Inteligente basado en el modelo extendido antes descrito. La implementación se llevó a cabo en el dominio de la enseñanza de la lectura y escritura en 1º y 2º básico, debido a la relevancia de este dominio en el contexto escolar y a la alta tasa de fracaso en aprender a leer y escribir durante los primeros años de colegio, siendo ésta la principal causa de repitencia y deserción durante esos años.

Analizándola desde las componentes del modelo propuesto, la implementación del sistema resultó como sigue:

a) Modelo del dominio. Se resolvió representar el dominio del aprendizaje de la lectoescritura en base a dos dimensiones: destrezas y contenidos.
JUEGO OBJETIVO DESCRIPCIÓN
encon- trar letras Asociar cada letra con su sonido y nombre Se desarrolla en el espacio. Las letras vienen encerradas en naves. El niño debe disparar a las letras enemigas y dejar pasar las otras.
vocab.

visual

Formar un vocabulario a primera vista Se desarrolla en el campo. El niño dispara dardos a las palabras que se le indican. Si acierta, la palabra se convierte en un objeto.
orde-nar pala-bras Tomar conciencia de las palabras como unidades dentro de una frase  El niño debe leer una frase, verla desarmarse y volver a poner las palabras en el orden correcto. La actividad transcurre en un cuarto de juegos, con las palabras sobre los vagones de un tren.
orde-nar sílabas Tomar conciencia de las sílabas como unidades dentro de la palabra  El niño debe reordenar las sílabas de una palabra que se ha desordenado. El escenario es igual al anterior.
escri-bir Tomar conciencia de los fonemas como unidades del habla

Desarrollar la capacidad de escribir.

El escenario es el campo. En un árbol, se encuentran las letras encerradas en manzanas. El niño puede escribir lo que desee clickeando en las manzanas, y escuchar lo que ha escrito con síntesis de voz.
jugar a leer Desarrollar la comprensión lectora y actitudes positivas frente a la lectura Se ofrecen al niño juegos verbales cortos y predecibles, que él puede leer por sí mismo o escuchar. Se acompañan de imágenes.
cloze Desarrollar la comprensión lectora  Se ofrecen los mismos textos, pero con espacios en blanco que el niño debe completar eligiendo entre tres opciones.
  • Tabla nº1: Juegos que componen el sistema y sus objetivos instruccionales.
  • JUEGO ELEM. CATEGORÍAS
    encontrar letras letras a,e,i,o,u s,m,l,p,f,n t,v,d,r,b j,g,c,k,z ch,ñ,h,y q,w,x
    v.visual

    figurativo

    palabras a,e,i,o,u s,m,l,p,f, n t,v,d,r,b j,g,c,k,z ch,ñ,h,y q,w,x
    v.visual no fig. palabras 2 letras 3-4 letras más de 4 letras verbos
    ordenar palabras frases s,m,l, p, f, n t,v,d,r,b j,z,k,g,c (con a-o-u) ch,ñ,h,y ce-ci-que-qui ge-gi-gue-gui cl-cr-gl-gr-tr-dr-br-bl-fl-fr-pl-pr
    ordenar sílabas palabras mismas categorías que la anterior
    dictado palabras

    frases

    mismas categorías que la anterior
    escribir letras s,m,l,p, f, n t,v,d,r,b j,g,c,k,z ch,ñ,h,y q,w,x
    leer versos --
    cloze versos --
  • Tabla nº2: Categorías de contenidos usadas en cada juego.
  • De acuerdo con las dimensiones abordadas en el modelo del dominio, la evaluación del alumno se hace en base a qué destrezas domina y en qué nivel de contenidos. Esto se evalúa en base a las mismas actividades que sirven para enseñar. Para facilitar la interacción entre el modelo del alumno y el pedagógico, los aspectos a evaluar se ordenaron en una secuencia que intenta emular la secuencia que suelen usar los profesores expertos (Tabla nº3).
     
     
      objetivo act. principal act. secundaria
    1 Conocer nombre letras categoría 0 enc n let 0 ----
    2 Leer palabras categoría 0 v.visual fig 0 escribir 1
    3 Conocer nombre letras categoría 1 enc n let 1 ----
    4 Conocer sonido letras categoría 1 enc s let 1 ----
    5 Leer palabras categoría 1 v.visual fig 1 escribir 1
    6 Ordenar palabras categoría 1 or.sil 1 escribir 1
    7 Ordenar frases categoría 1 or.pal 1 escribir 1
    8 Leer pals. cortas de uso frec. A v.v. nofig A ----
    9 Leer textos simples 1 Cuento1/Cloze1 Cuento 1
    10 Conocer nombre letras categoría 2 enc let 2 ----
    11 Conocer sonido letras categoría 2 enc s let 2 ----
    12 Leer palabras categoría 2 v.visual fig 2 escribir 2
    13 Ordenar palabras categoría 2 or.sil 2 escribir 2
    14 Ordenar frases categoría 2 or.pal 2 ----
    15 Leer con rapidez pals de uso frecuente B vv nofig B ----
    16 Leer textos simples 2 Cuento2/Cloze2 Cuento 2
    .... .... ..... ....
    38 Leer textos simples 6 Cuento6/Cloze6 Cuento 6

    Tabla nº3: Un ejemplo de los aspectos evaluados ordenados en secuencia pedagógica. La segunda columna representa la actividad y categoría usadas para evaluar. La tercera columna representa una actividad útil para ejercitar el objetivo, pero que no permite evaluarlo. Para dar un objetivo por logrado se toma en cuenta el número de elementos que el niño ya conoce y maneja (por ejemplo, frases que ordena sin error, letras que reconoce sin equivocarse, etc.).



    Además, algunos juegos cuentan con la capacidad de evaluar errores específicos (como inversiones o confusiones de letras). Estos errores se almacenan en una pauta donde aparece la frecuencia de cada uno.

    c) Modelo pedagógico. El modelo pedagógico fue implementado en base a la observación de la conducta que muestran los profesores efectivos en el área de la enseñanza de la lectura. Las siguientes son algunas de las conductas que el sistema intenta emular. Los profesores exitosos por lo general: El modelo escogido para emular estas conductas se basó en dos conjuntos de reglas: las reglas intrajuego y las reglas interjuegos.

    Las reglas intrajuego detectan la conducta del niño en cada juego y actúan en consecuencia, con el fin de asegurar que el juego actúe en la ZDP del niño. Estas reglas detectan cuando el niño requiere ayuda para resolver un juego, en cuyo caso le ofrecen esta ayuda. Si, por el contrario, el niño no requiere de ayuda, el juego continúa normalmente. O, si las ayudas no son suficientes para que el niño resuelva la tarea, se infiere que ésta se encuentra fuera de la ZDP, y se termina el juego.

    Las reglas interjuego regulan el flujo de las actividades, escogiendo la más apropiada en cada momento. Este flujo está modelado en base a una secuencia de objetivos y a un conjunto de reglas que flexibilizan esa secuencia según el niño. Cada objetivo tiene asociado uno o dos juegos. La regla general consiste en avanzar uno a uno por esos juegos, desde el más básico hasta el más complejo, a medida que el niño los va logrando. Sin embargo, esta secuencia es flexible, ya que puede modificarse por reglas que consideran el logro del niño, sus errores específicos, etc. La secuencia de objetivos es la misma descrita en el modelo de la alumno (Tabla nº3). Las reglas que regulan la aplicación de esta secuencia son las siguientes:

    d) Proyección dinámica del aprendizaje. El sistema permite dos modos de funcionamiento: manual o automático. En el modo automático, el flujo entre actividades está determinado por las decisiones del sistema experto. En el modo manual, en cambio, el profesor decide qué actividades introducir y con qué elementos. Para apoyar al maestro, el sistema cuenta con un proyección dinámica del aprendizaje que informa del estado del niño y le sugiere actividades y elementos adecuados. Estas sugerencias instruccionales constan de dos partes: la información usada para tomar la decisión (estado del niño) y el consejo o sugerencia consiguiente. Así se consigue no sólo que el educador siga el consejo del sistema, sino que además se le permite internalizar las reglas contenidas en el sistema, pudiendo posteriormente transferirlas a otras situaciones educativas. Estas sugerencias aparecen sólo cuando el profesor las solicita.

    Los siguientes son ejemplos de las sugerencias que puede hacer el sistema:

  • "Aunque Andrea demuestra buen logro en otras áreas, sistemáticamente (invierte las sgtes. letras; confunde las sgtes. letras; o lo que corresponda). Sugerimos enfocar específicamente ese problema, jugando (juego)".
  • Estos mismos mensajes pueden ser solicitados por el educador durante el modo automático, en cuyo caso actúan como justificaciones de las decisiones del sistema. Además de los mensajes en línea, el sistema da la posibilidad de solicitar un informe, basado en la lista de objetivos que usa el modelo del alumno. El informe indica cuáles objetivos han sido logrados por el niño, con el fin de proporcionar una visión global de su rendimiento en el sistema. e) Proyección estática del aprendizaje. Para posteriormente utilizar el sistema como una herramienta de investigación acerca del proceso de aprendizaje de la lectura, éste cuenta con un registro de la historia de aprendizaje de cada niño. El registro incluye: En estos momentos, la información es almacenada sin ningún nivel de agregación que facilite su interpretación. Si bien esto es suficiente para fines de procesamiento estadístico, no lo es para realizar interpretaciones rápidas del proceso de aprendizaje. En este sentido, se pretende a futuro desarrollar un segundo nivel de acceso a la información, consistente en gráficos de rápida lectura que puedan ser interpretados sin previo análisis estadístico.

    4. Discusión y conclusiones

    El sistema propuesto presenta una serie de aportes a lo existente en el área de los de los Sistemas Instruccionales Inteligentes (ITS). Estos aportes se pueden sintetizar como sigue:

    Sin embargo, el modelo presenta aún algunas debilidades, especialmente en cuanto a conceptualizar y evaluar el avance del profesor en su capacidad mediadora. A este fin, sería conveniente incluir un "modelo del mediador" que permita llevar un registro de las decisiones tomadas independientemente por el mediador y la distancia entre estas decisiones y las que el sistema sugeriría en base a su conocimiento experto. Así, la proyección de resultados se extendería a un informe acerca de cómo ha variado la conducta del profesor a lo largo del proceso de enseñanza aprendizaje, con el fin de poder evaluar el impacto del sistema en términos de capacitación de los docentes.

    5. Referencias

    Condemarín, M. (1992) Lectura Temprana. Santiago: Andrés Bello.

    Gerber, M.; Semmel, D.; Semmel, M. (1994) Computer Based Dynamic Assessment of Multidigit Multiplication. Exceptional Children. Vol.61.No.2. pp.114-125.

    Greenwood, R. & Reith, H. (1994) Current Dimensions of Technology Based Assessment in Special Education. Exceptional Children. Vol. 61, No.2, pp. 105-113.

    Lugger, F., Stubblefield, W. (1993): Artificial Intelligence. The Benjamin/Cummings Publishing Company

    Marston, D., Deno, S., Kim, D. Diment, K., Rogers, D. (1995) Comparison of reading Intervention Approches for Students with Mild Disabilities. Exceptional Children , V62, Nº 1, p. 20-37.

    Orey, M. & Nelson, W. (1994) Development Principles for Intelligent Tutoring Systems: Integrating Cognitive Theory into the Development of Computer Based Instruction. Educational Technology Research and Development.Vol 41, No.1, pp.59-72

    Reiser, R. y Dick, W. (1990) Evaluating Instructional Software. Educational Technology Research and Development, Vol. 38, No.3, pp.43-50.

    Rosas, R. (1995) Cantaletras: Sistema Multimedial de Apoyo al Proceso de Enseñanza de la Lectoescritura para Niños Ciegos. Ponencia presentada en las II Jornadas de Infancia y Aprendizaje CL&E. Madrid, España.

    Rosas, R., Strasser, K., Zamorano, R. (en prensa) Evaluación preliminar de un Sistema Multimedial de apoyo al proceso de enseñanza de la lectoescritura para niños ciegos. Psykhé.

    Vygotsky, L.S. (1979) El Desarrollo de las Funciones Psicológicas Superiores. Barcelona, Ed. Crítica.

    Wenger, E. (1987) Artificial Intelligence and tutoring systems. Los Altos, CA: Morgan Kaufmann